Aggregation-Induced Intersystem Crossing: Rational Design for Phosphorescence Manipulation

系统间交叉 磷光 密度泛函理论 含时密度泛函理论 二苯甲酮 光化学 化学 分子 发光 化学物理 材料科学 计算化学 荧光 单重态 光电子学 激发态 有机化学 原子物理学 物理 量子力学
作者
Jinxiao Zhang,Shaul Mukamel,Jun Jiang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:124 (11): 2238-2244 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.0c00654
摘要

Phosphorescence of organic molecules has drawn extensive attention due to its potential applications in energy and life science. However, typically intersystem crossing (ISC) in organic molecules is slow due to the small spin-orbit couplings (SOC) and large energy gaps (ΔES-T) between different multiplicities. Molecular aggregation offers a practical strategy to manipulate phosphorescent characteristics. In this work, the impact of aggregation on the luminescence properties of π-conjugated benzophenone luminophore 1-dibenzo[b,d]thiophen-2-yl(phenyl)methanone (BDBT) are investigated theoretically using density functional theory (DFT) and time-dependent DFT. Molecular aggregation results in substantial energy splitting and variation of SOC, eventually changing the ISC rate. This is known as the "aggregation-induced intersystem crossing" (AI-ISC) mechanism. Different types of electron donating and withdrawing functional groups are further introduced into BDBT molecular system to tailor the phosphorescent efficiency. We find that functional groups can influence the SOC and energy gaps and further manipulate the phosphorescence efficiency. Molecular systems with donating functional groups have faster ISC rates, and dimers exhibit the best electronic luminescence due to the relatively large SOC and small ΔES-T. The AI-ISC mechanism accompanied by group functionalization provides a practical platform for phosphorescence enhancement.
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